CN113309889A - 一种基于超声电机精确控制液体压力的溢流阀及控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于超声电机精确控制液体压力的溢流阀。本发明提出了由超声电机控制的溢流阀，由控制器向超声电机驱动器发出指令，驱动器输出脉冲信号，在超声电机定子激励出行波或驻波，通过摩擦力驱动超声电机转子旋转，转子的旋转通过凸轮传动机构推动推力轴承，改变弹簧的长度，从而改变溢流阀的设定压力值，当液体管道的压力高过所设定的压力值时，阀芯会被顶开，多余压力的液体就会被排出去。本发明的超声电机控制溢流阀，能够在达到设定的压力值后，通过超声电机的自锁功能，断电后仍可以保持弹簧的压缩度，保持压力值，降低功耗；超声电机的转动精度可达微米级，因此可以大大降低压力值的误差范围，满足更高精度的压力控制需求。

Description

一种基于超声电机精确控制液体压力的溢流阀及控制方法
技术领域
本发明涉及液体压力控制的溢流阀领域，特别是涉及到一种基于超声电机精确控制液体压力的溢流阀及控制方法。
背景技术
目前的溢流阀大多采用的是手动调节，存在着精度不高，越来越无法满足市场上自动化控制的需求，在一些危险的场合显然无法适用；少数采用的是由电磁铁控制，维持溢流阀的压力值，需要电磁铁一直通电，保持弹簧的压缩度，极浪费功耗，还会产生巨大的热量，而且由于电磁铁的的体积较大，导致溢流阀的体积，质量很难进一步减小，电磁铁的磁场也会对液体的流量产生额外的影响，由于电磁铁具有较大的惯性，导致启动和停止的加速度较低，严重制约了溢流阀的响应速度。
发明内容
为了解决上述存在问题。本发明提供一种基于超声电机精确控制液体压力的溢流阀及控制方法，可实现溢流阀的自动化、高精度和快速响应控制，并且由于超声电机具有低速大扭矩、体积小、不受磁场影响、结构简单、无噪声等优点，使得本发明可以实现高精度微流量的控制，也适用于对电磁环境、体积有严格要求的场合。
本发明提供一种基于超声电机精确控制液体压力的溢流阀，包括超声电机、阀体、凸轮机构、固定滚轮、推力轴、弹簧和阀芯：
所述超声电机通过凸轮机构将超声电机的转动转为推力轴的轴向运动，压缩弹簧设定溢流阀的压力值；包括超声电机外壳、超声电机转子和超声电机定子，所述超声电机外壳设置在阀体顶部一侧，所述超声电机转子和超声电机定子设置在超声电机外壳内，所述超声电机定子通过压电陶瓷的逆压电效应产生机械振动，所述超声电机转子在定子的机械振动和摩擦力的作用下作实现转动，所述超声电机转子的顶端为凸起结构与凸轮机构的旋转轴的凹槽形成夹心式配合；
所述凸轮机构、推力轴和阀芯设置在阀体内，所述凸轮机构的凸轮部分为不规则的偏心圆，所述凸轮机构的旋转轴与超声电机转子相连，所述凸轮机构的凸轮部分与推力轴上的固定滚轮接触，所述推力轴下端开有圆孔且和弹簧相连，所述阀芯下端为圆锥形和阀体的溢流孔形成紧密配合，所述阀芯上端为圆杆和推力轴的圆孔配合，约束阀芯只能沿轴向运动，阀芯的预压力由推力轴和阀芯之间的弹簧的压缩度调节。
作为本发明进一步改进，所述超声电机外壳内有压杆，压杆压住超声电机转子使得超声电机定子与超声电机转子之间产生足够的预压力。
作为本发明进一步改进，所述溢流阀还与驱动电源，控制器和超声电机驱动器相连，通过驱动电源、控制器和超声电机控制器控制，控制器发出指令，控制超声电机驱动器输出脉冲信号，控制超声电机的运动参数。。
本发明提供一种基于超声电机精确控制液体压力的溢流阀的控制方法，具体步骤如下：
第一步：
控制器下达指令，改变超声电机驱动器输出脉冲信号的占空比，频率和相位，调整在超声电机定子上激励出的行波或驻波，通过定子的机械振动和定子与转子之间的摩擦力，改变超声电机转轴的转向、转速和转角；
第二步：
超声电机转轴带动凸轮机构转动，凸轮机构的偏心轮与固定滑轮的配合，将扭矩转换为推力轴的轴向压力，改变弹簧的压缩度，调整阀芯受到的压力，即为溢流阀所设定的压力值；
第三步：
控制器下达指令，控制超声电机驱动器停止超声电机的转动，由于超声电机具有自锁的功能，能够固定凸轮机构不发生转动，保持弹簧的压缩度，继续维持溢流阀所设定的压力值；
第四步：
当液体管道中的压力超过溢流阀所设定的压力值时，液体会顶开阀芯，多余压力的液体会从溢流孔流出去，达到控制液体压力的目的。
本申请一种基于超声电机精确控制液体压力的溢流阀及控制方法，由超声电机驱动，通过凸轮机构将超声电机的转动转为推力轴的轴向运动，压缩弹簧设定溢流阀的压力值，可实现溢流阀的自动化、高精度和快速响应控制，并且由于控制主体为超声电机，而超声电机具有低速大扭矩、体积小、不受磁场影响、结构简单、无噪声等优点，使得本发明可以实现高精度微流量的控制，也适用于对电磁环境、体积有严格要求的场合。
附图说明
图1为溢流阀结构图；
图2为溢流阀局部示意图；
图3为超声电机凸轮机构示意图；
图4为超声电机推力轴示意图。
附件说明：
1、阀体；2、凸轮机构；3、固定滚轮；4、推力轴；5、弹簧；6、阀芯；7、超声电机外壳；8、超声电机转子；9、凹槽；10、超声电机定子。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
本发明提供一种基于超声电机精确控制液体压力的溢流阀及控制方法，可实现溢流阀的自动化、高精度和快速响应控制，并且由于超声电机具有低速大扭矩、体积小、不受磁场影响、结构简单、无噪声等优点，使得本发明可以实现高精度微流量的控制，也适用于对电磁环境、体积有严格要求的场合。
如图1和图2所示，一种基于超声电机控制液体压力的溢流阀的结构，包含了阀体1、凸轮机构2、固定滚轮3、推力轴4、弹簧5、阀芯6、超声电机外壳7、超声电机转子8、超声电机定子10和超声电机控制系统（驱动电源、控制器、超声电机驱动器）；控制器发出改变溢流阀压力值的指令，超声电机驱动器发出输出脉冲信号，在超声电机定子10上激励出行波或驻波，使定子10产生机械振动，通过和转子8之间的摩擦力，驱动超声电机转子8转动；超声电机转子8下端为凸起结构，和凸轮机构2的转轴的凹槽9形成夹心式配合，方便超声电机的及时更换；超声电机转子8带动凸轮机构2转动，凸轮机构2的偏心轮与固定滑轮3的配合，将扭矩转换为推力轴4的轴向压力，推力轴4挤压弹簧，增大弹簧5的弹力，提高溢流阀的压力值；当达到预定的压力值后，控制器发出停止指令，超声电机驱动器停止输出信号，超声电机立即停止转动，并通过自锁的功能控制凸轮机构2、推力轴4和弹簧5变动，从而维持溢流阀的压力值；当液体管道中的压力超过溢流阀所设定的压力值时，液体会顶开阀芯6，多余压力的液体会从溢流孔流出去，达到控制液体压力的目的。
图3所示的为凸轮机构，凸轮机构的转轴经过阀体的约束只能转动；凸轮机构2的转轴上端凹槽9，和超声电机转子8下端的凸起结构形成夹心式配合，方便超声电机的及时更换；凸轮机构的偏心圆如图2中所示，和固定滑轮形成线接触，偏心圆的周向转动被固定滑轮的滚动抵消，径向的长度变化则推动推力轴进行轴向运动。
图4所示的为推力轴结构，上部为固定滑轮的固定轴，下部和弹簧接触，通过挤压弹簧，增大溢流阀的压力值，中间为圆孔，能够约束阀芯和弹簧，使其只能沿轴向运动。
本发明的压力调节阀工作原理如下：
第一步：
控制器下达指令，改变超声电机驱动器输出脉冲信号的占空比，频率和相位，调整在超声电机定子上激励出的行波或驻波，通过定子的机械振动和定子与转子之间的摩擦力，改变超声电机转轴的转向、转速和转角。
第二步：
超声电机转轴带动凸轮机构转动，凸轮机构的偏心轮与固定滑轮的配合，将扭矩转换为推力轴的轴向压力，改变弹簧的压缩度，调整阀芯受到的压力，即为溢流阀所设定的压力值。
第三步：
控制器下达指令，控制超声电机驱动器停止超声电机的转动，由于超声电机具有自锁的功能，能够固定凸轮机构不发生转动，保持弹簧的压缩度，继续维持溢流阀所设定的压力值。
第四步：
当液体管道中的压力超过溢流阀所设定的压力值时，液体会顶开阀芯，多余压力的液体会从溢流孔流出去，达到控制液体压力的目的。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。

Claims (4)

1.一种基于超声电机精确控制液体压力的溢流阀，包括超声电机、阀体（1）、凸轮机构（2）、固定滚轮（3）、推力轴（4）、弹簧（5）和阀芯（6），其特征在于：
所述超声电机通过凸轮机构（2）将超声电机的转动转为推力轴（4）的轴向运动，压缩弹簧（5）设定溢流阀的压力值；包括超声电机外壳（7）、超声电机转子（8）和超声电机定子（10），所述超声电机外壳（7）设置在阀体（1）顶部一侧，所述超声电机转子（8）和超声电机定子（10）设置在超声电机外壳（7）内，所述超声电机定子（10）通过压电陶瓷的逆压电效应产生机械振动，所述超声电机转子（8）在定子的机械振动和摩擦力的作用下作实现转动，所述超声电机转子（8）的顶端为凸起结构与凸轮机构（2）的旋转轴的凹槽（9）形成夹心式配合；
所述凸轮机构（2）、推力轴（4）和阀芯（6）设置在阀体（5）内，所述凸轮机构（2）的凸轮部分为不规则的偏心圆，所述凸轮机构（2）的旋转轴与超声电机转子（8）相连，所述凸轮机构（2）的凸轮部分与推力轴（4）上的固定滚轮（3）接触，所述推力轴（4）下端开有圆孔且和弹簧（5）相连，所述阀芯（6）下端为圆锥形和阀体（5）的溢流孔形成紧密配合，所述阀芯（6）上端为圆杆和推力轴（4）的圆孔配合，约束阀芯（6）只能沿轴向运动，阀芯（6）的预压力由推力轴（4）和阀芯（6）之间的弹簧（5）的压缩度调节。
2.根据权利要求1所述的一种基于超声电机精确控制液体压力的溢流阀，其特征在于：所述超声电机外壳（7）内有压杆，压杆压住超声电机转子（2）使得超声电机定子（3）与超声电机转子（2）之间产生足够的预压力。
3.根据权利要求1所述的一种基于超声电机精确控制液体压力的溢流阀，其特征在于：所述溢流阀还与驱动电源，控制器和超声电机驱动器相连。
4.一种基于超声电机精确控制液体压力的溢流阀的控制方法，其特征在于，具体步骤如下：
第一步：
控制器下达指令，改变超声电机驱动器输出脉冲信号的占空比，频率和相位，调整在超声电机定子上激励出的行波或驻波，通过定子的机械振动和定子与转子之间的摩擦力，改变超声电机转轴的转向、转速和转角；
第二步：
超声电机转轴带动凸轮机构转动，凸轮机构的偏心轮与固定滑轮的配合，将扭矩转换为推力轴的轴向压力，改变弹簧的压缩度，调整阀芯受到的压力，即为溢流阀所设定的压力值；
第三步：
控制器下达指令，控制超声电机驱动器停止超声电机的转动，由于超声电机具有自锁的功能，能够固定凸轮机构不发生转动，保持弹簧的压缩度，继续维持溢流阀所设定的压力值；
第四步：
当液体管道中的压力超过溢流阀所设定的压力值时，液体会顶开阀芯，多余压力的液体会从溢流孔流出去，达到控制液体压力的目的。
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